DD206447A1

DD206447A1 - Kuehlanordnung fuer widerstaende von hochspannungsschaltern

Info

Publication number: DD206447A1
Application number: DD23749382A
Authority: DD
Inventors: Bernd Guembel; Herbert Grasselt; Dieter Burghardt
Original assignee: Liebknecht Transformat
Priority date: 1982-02-18
Filing date: 1982-02-18
Publication date: 1984-01-25

Abstract

DIE ERFINDUNG BEZIEHT SICH AUF EINE EINRICHTUNG AUS DEM GEBIET DER ELEKTROENERGIEVERSORGUNG. DIE ERFINDUNG ZIELT AUF EINE VERGROESSERUNG DER ZULAESSIGEN SCHALTSPIELE PRO ZEITEINHEIT AB. DIE AUFGABE, AN EINER NACH DEM VERDAMPFUNGSPRINZIP ARBEITENDEN KUEHLANORDNUNG FUER WIDERSTAENDE DAS ELEKTRISCHE ISOLIERVERMOEGEN ZU ERHOEHEN, WURDE DADURCH GELOEST, DASS ALS KAELTEMITTEL EIN GEMISCH AUS FLUORIERTEM KOHLENWASSERSTOFF UND SCHWEFELHEXAFLUORID (Z.B. DIFLUORMONOCHLORMETHAN-SCHWEFELHEXAFLUORID) VERWENDET WIRD. DIE ERFINDUNG WIRD IM HOCHSPANNUNGSSCHALTBAU REALISIERT.

Description

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Anwendungsgebiet del Erfindung:

Die Erfindung wird im Bereich der Energie ver wirksam und wird auf dem technischen Gebiet der Her stellung von elektrischen Hochleistungsschaltern realisiert.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen:

Die Erfindung betrifft einen Widerstand eines elektrischen Hochleistungsschalters j der zur Dämpfung der über den Leictungsschaltstrecken beim Ein- und Ausschalten auftretenden EinschwingBpannung dient und der Schaltstrecke vor- oder parallel geschaltet ist. Bei Schaltern mit einer hohen Nennspannung kann, entsprechend der Aufteilung der Gesamtschaltstrecke eines Poles auf mehrere Einzelschaltstrecken, der Widerstand ebenfalls aufgeteilt und den Einzelschaltstrecken zugeordnet sein.

Im Widerstand wird während der Dämpfungsphase einer Schalthandlung Joulsche Wärme erzeugte Hierdurch bedingt steigt die Temperatur des Widerstandes und die der umgehenden Bauteile an.

Es ist naheliegend, daß diese entstandene Wärme aus dem Widerstand abgeführt wird. Hierzu wird hauptsächlich das Löschmittel des Schaltgerätes selbst, z.B. Druckluft, Schwefelhexafluorid-Gas (SF6-Gas) oder öl eingesetzt. Es ist bekannt, daß bei ölschaltern die Widerstände im öl gelagert sind. Das öl dient dabei als Isoliermittel und als einen die Wärmekapazität erhöhenden Füllstoff. Weiterhin transportiert es

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durch Wärmeleitung und durch Strömung innerhalb des Isolieröles verbunden mit einem Wärmeübergang an die Gefäßwandung die im Widerstand umgesetzte Joulsche Wärme vom Widerstand zur als Wärmeaustauscherfläche dienenden den Widerstandsraum umschließenden Gefäßwandung. Hier findet die Abgabe der Wärmeenergie an die Umgebung statt. Weiterhin ist -bekannt, die zeitbezogene Schalthäufigkeit der Schaltstrecke durch Erhöhung der Wärmeabfuhr der im Widerstand eingesetzten Energie zu steigern· Hierzu wurde die den Widerstand umschließende Gefäßwandung mit oberflächenvergrößeiten Mitteln versehene Dieser Maßnahme sind dadurch Grenzen gesetzt, daß nur so viel Wärme an die Gefäßwandung abgeführt werden kann, wie bei vorgegebener Widerstandshöchsttemperatur innerhalb des Kühlmediums bzw» durch das Kühlmedium Wärmeenergie vom Widerstand durch Wärmeleitung und Konvektion abgeführt werden kann« Diesen Mangel hat man versucht dadurch zu beheben, daß der Energietranaport durch strömungstechnische Maßnahmen im Isoliermittel vom Widerstand zur Gefäßwandung intensiviert wurde« Die Temperaturen des Widerstandes und seiner direkten Umgebung dürfen werkstoffbedingte Grenzwerte nicht überschreiten, damit irreversible Werkstoffänderungen vermieden werden, die eine Minderung des Isoliervermögens des den Widerstand umgebenden Isoliermictels und eine Funktionsstörung des WiderstandöS selbst zur Folge haben könnte. Die Menge der im Widerstand bei einer oder mehreren Schaltungen in einer definierten Zeiteinheit umgesetzten Energie ist durch die Wärmekapazität und die Wärme transporteigenschaften des Widerstandes selbst und durch die stofflichen Eigenschaften des Isoliermediums die entstandene Wärmeenergie an die Wandung· der Wider— standskammer abzuführen, begrenzt. Daraus ergeben sich

Belastungsgrenzen für den Y/iderstand eines jeden Schalterpols, da der Widerstandswert des Schalterpols der Funktion des Widerstandes entsprechend in engen Grenzen vorgegeben ist. Somit ist die Zahl der Schaltungen pro Zeiteinheit unter Beachtung einei wirtschaftlichen und in Bezug auf das Schaltgerät technisch vertretbaren Baugröße beschränkte ι Zur Kühlung von Transformatoien sind nach der Diür-OS 2807809 und nach der HE-OS 2844884 Einrichtungen bekannt geworden, die ein verdampfbares Flüssig-Dielektrikum einsetzen_? wobei das Induktionsgerät vollständig in das FIüssig-Pielekt:i;l.kum eingetaucht ist. Oberhalb dieses Flüssigkeitsbades befindet sich ein Dampfraum, in dem das verdampfte Dielektrikum nach Wegfall der Erwärmung des Induktionsgerätes wieder kondensiert und zurückfließt. Als Flüssig-Dielektrikum wird nach der DE-OS 2844884 ein Kühlmittel aus fluoriertem Kohlenwasserstoff eingesetzt. Dieses Kühleinrichtung haftet der Nachteil an, daß sie für elektrisch hochbelastete Isolieranordnungqn versagt, bzw,_f zu großen Bauabmessungen bei Schalteinrichtungen führt.ν ' '

Ziel der Erfindung?

Das Ziel der Erfindung besteht in einer Vergrößerung der Anzahl der wegen der thermisch durch die Dämpfungswiderstände bedingten'Begrenzung in einer Zeiteinheit zulässigen Schaltspiele eines Hochleistungsschalters im Netzbetrieb.

Darlegung des Wesens der Erfindung:

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einer Kühlanordnung zui Abführung der in in auf Hochspannungspotential liegenden Hochleistungsschaltern eingesetzten Dämpfungswiderständeη erzeugten Jouleschen Wärme mittels Verdampfungskühlung das elektrische Isoliervermögen zu erhöhen.

Diese Aufgabe winde dadurch gelöst, daß eine Kühlanordnung fill Widerstände in Hochspannungsschaltern zur Dämpfung der übei den Laistungsschaltstrecken beim Ein- und Ausschalten auftretenden Einschwingspannungen und denen je eine Schaltstrecke vor- oder parallel geschaltet ist, wobei der Widerstand vollständig innerhalb einer teilweise mit einem flüssigen Dielektrikum ge- füllten, als Verdampfungsgefaß ausgebildeten Widerstandskammer in einem flüssigen als ein Kältemittel wirkendes Dielektrikum eingebettet ist und oberhalb des Flüssig- ; keitsspiegels des flüssigen Dielektrikums ein mit einem verdampften Dielektrikum gefüllter Raum vorgesehen ist, entwickelt wurde, bei der erfindungsgemäß als Kältemittel ein Gemisch aus einem fluorierten Kohlewasser stoff und Schwefelhexafluorid eingesetzt ist. Durch die erfindungsgemäße Anordnung des Widerstandes innerhalb eines Flüs_r sigkeitsbades aus Kältemittel wird der physikalische Effekt der Verdampfungskühlung genutzt. Oberhalb des Flussigkeitsspiegels der teilweise mit diesem flüssigep Kältemittel gefüllten Widerstandskammer befindet sich das Kältemittel in einer gesättigten Dampfphase. Erhöht sich die Widerstandstemperatur durch eine Schaltung, dann wird dieae Energie einmal in bekannter Weise durch Wärmeleitung im flüssigen Kältemittel zu dem Teil der Gefäßwand transportiert, der von der Flüssigkeit bedeckt ist. Parallel dazu setzt ein zweiter Transportmechanismus ein. An der Widerstandsoberfläche verdampft solange Kältemittel, bis der Dampfdruck oberhalb des Flüssigkeitsspiegel im Dampfraum den Sättigungsdruck erreicht, der der Temperatur in der Grenzschicht Widerstand / flüssiges Kältemittel entspricht. In dem Maße wie der Kältemitteldampf an kälteren Flächen beispielsweise der Gefäßwand der Widerstandskammer wieder kondensiert, wird durch eine weitere Verdampfung Kältemitteldampf nachgeliefert.

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Es entsteht ein Kältemittelkreislauf. Die Geschwindigkeit dieses Wärmetransportes der Verdampfungskühlung wirdneben der Temperaturdifferenz AT zwischen Widerstandsobürfläche und Kondensationsoberfljäche durch die Verdampfungsgeschwindigkeit, die durch den Auftrieb "bedingte Geschwindigkeit der in der Flüssigkeit aufsteigenden Dampfblasen und die Kondensationsgeschwindigkeit bestimmt«, Die resultierende Geschwindigkeit ist bei gleichem £ T um ein Vielfaches größer als die des parallel dazu stattfindenden Energietransports durch Wärmeleitung in dem Kältemittel allein. · ; Polglich wird der Widerstand, schnell«! gekühlt und die zulässige Schalthäufigkeit ist bedeutend gröüer geworden.

Ausfünrungsbeispiel:

Die Erfindung wird nachstehend an einem Ausführungsbeispiel naher erläutert. In der zugehörigen zeichnung ze igt . .

Fig. 1 : die Anordnung eines Widerstandes in einer Widerstandskammeij

Fig. 2 ϊ schematisch den Aolauf der Kühlung des Widerstandes nach der Anordnung nach Fig. 1.

Parallel oder in Reihe zu/mit einer nicht dargestellten Leistungüschaltstrecke ist ein Widerstand Λ zur Dämpfung dor beim Ein- und Ausschalten auftretenden Einschwing- ^paj3ßun.g. JLn ne r halb einer Wider ,staadgkammer 2. vor ge se hen „ Eine weitere Schaltstrecke für den Widerstand selbst ist ebenfalls nicht dargestellt.

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Dieser Widerstand"befindet sich in einem der Kühlung dienenden Flüssigkeitsbad 3 und ist vollständig von Flüssigkeit umschlossen, Zur Abfuhr der im Widerstand erzeugten Jouleschen Wärme ist erfindungsgemäß ein i'reuu-Kältemittel - SiV-Gemisch vorgesehen. Im vorliegenden Beispiel wurde Freon 21 / SFg-Gemisch eingesetzt. Die im Widerstand umgesetzte Energie wird an das flüssige Kältemittel abgegeben, das sich dabei erwärmt. Innerhalb des Kältemittels findet ein Wärmetransport zur Innawand 4- der Widerstandskammer 2, bestimmt durch die Uärmedurchgangszahl K. des Systems statt« Gleichzeitig entstehen an der Widerstandsoberfläche Dampfblasen 5» weil dort das Kältemittel die höchste Temperatur hat. Dabei wird dort die Verdampfungsenergie dem System entzogen. Diese Energie gelangt mit den Dampfblasen in den Dampfraum 6. Da dieser Dampf gesättigt ist,kondensiert eine äquivalente Menge Dampf an der Innenwandung 7 der Widerstandskammer 2, bzw. an einer zusätzlichen schematisch dargestellten Warmeaustauscherflache 8 eines schematisch dargestellten Kondensators 9· Dabei gelangt der abströmende Dampf über eine Leitung 10 zu dem Kondensator 9· Vorwiegend von diesem Kondensator 9 wird die Kondensationswärme abgeführt. Durch diese Kondensation entsteht ein Kältemittelkreislauf, der eine Dampfblasenbildung ermöglicht. Die Wärmedurchgangszahl K-g ist im System der Verdampfungskühlung um ein Vielfaches größer gegenüber der des Wärmetransportes durch das flüssige Kältemittel. Die im Widerstand entstehende Energie wird deshalb vorwiegend auf dem Wege der Verdampfungskühlung an die Umgebung 11,abgeführt. Die offenbarte technische Lehre, die Anordnung eines Widerstandes für den beschriebenen Einsatzzweck in einem Flüssigkeitsbad"; eines Kältemittels innerhalb einer Widerstandskammer bewirkt eine wirksamere Kühlung des

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Widerstandes eines Hochleistungsschalters und ermöglicht damit eine Steigerung der ohne Inanspruchnahme vjärmetechniech wirksamer Pausenzeiten zulässigen Anzahlen der Schaltvorgänge bzw. eine Verkürzung der Pausenzeiten zwischen zwei Schaltspielen oder zwei Serien von Schaltspielen.

Claims

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Erf indun'gsanspruch

Kühlanordnung für Widerstände von Hochspannungs- schaltein zur Dämpfung der über den Leistungsschaltstrecken beim Ein- und Ausschalten auftretenden Einschwingspannungen und denen je eine Schaltstrecke Vor- oder parallelgeschaltet ist, wobei der Widerstand vollständig innerhalb einer teilweise mit einem flüssigen Dielektrikum gefüllten als Verdampfungsgefäß ausgebildeten Widerstandskammer in einem flüssigen als ein Kältemittel wirkendes Dielektrikum eingebettet ist und oberhalb des Flüssigkeitsspiegels des flüssigen Dielektrikums ein mit verdampftem Dielektrikum gefüllter Raum vorgesehen ist, gekennzeichnet dadurch, daß als Kältemittel ein Gemisch aus einem fluorierten Kohlenwasserstoff und Schwefelhexafluorid eingosetzt ist.

Hierzu
2 Blatt Zeichnungen I